Cumulonimbus

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Cumulonimbus
Fly00890 - Flickr - NOAA Photo Library.jpg
Cumulonimbus incus
AbkürzungCb.
ZeichenClouds CL 9.svg
GattungCumulonimbus (Haufen, Regen)
Arten
  • Calvus
  • Capillatus
SorteKeine
Höhenlage500-16,000 m
(2.000-52.000 ft)
KlassifizierungFamilie D (Vertikal entwickelt)
ErscheinungsbildDunkle Gewitterwolke, die zu einem beeindruckenden vertikalen Wachstum fähig ist.
Niederschlagswolke?Sehr häufig Regen, Schnee, Schneekugeln oder Hagel, bisweilen stark

Cumulonimbus (von lateinisch cumulus, "gehäuft" und nimbus, "Regensturm") ist eine dichte, hoch aufragende vertikale Wolke, die sich typischerweise aus kondensierendem Wasserdampf in der unteren Troposphäre bildet, der sich, getragen von starken Auftriebsströmungen, nach oben aufbaut. Oberhalb der unteren Teile des Cumulonimbus wird der Wasserdampf zu Eiskristallen wie Schnee und Graupel, deren Zusammenwirken zu Hagel bzw. zur Blitzbildung führen kann. Wenn sie als Gewitter auftreten, können diese Wolken als Gewitterwolken bezeichnet werden. Cumulonimbuswolken können sich einzeln, in Gruppen oder entlang von Böenlinien bilden. Diese Wolken sind in der Lage, Blitze und andere gefährliche Unwetter wie Tornados, gefährliche Winde und große Hagelkörner zu erzeugen. Cumulonimbus entsteht aus überentwickelten Cumulus-Stauwolken und kann sich als Teil einer Superzelle weiterentwickeln. Cumulonimbus wird mit Cb abgekürzt.

Wolken: Klassifikation
Gattungen
  • Cirrus Ci
  • Cirrocumulus Cc
  • Cirrostratus Cs
  • Altocumulus Ac
  • Altostratus As
  • Stratocumulus Sc
  • Stratus St
  • Cumulus Cu
  • Nimbostratus Ns
  • Cumulonimbus Cb
Arten
  • calvus cal
  • capillatus cap
  • castellanus cas
  • congestus con
  • fibratus fib
  • floccus flo
  • fractus fra
  • humilis hum
  • lenticularis len
  • mediocris med
  • nebulosus neb
  • spissatus spi
  • stratiformis str
  • uncinus unc
  • volutus vol
Unterarten
  • duplicatus du
  • intortus in
  • lacunosus la
  • opacus op
  • perlucidus pe
  • radiatus ra
  • translucidus tr
  • undulatus un
  • vertebratus ve

Sonderformen

  • arcus arc
  • asperitas asp
  • cauda cau
  • cavum cav
  • fluctus flu
  • flumen flm
  • incus inc
  • mamma mam
  • murus mur
  • pannus pan
  • pileus pil
  • praecipitatio pra
  • tuba tub
  • velum vel
  • virga vir
Cumulonimbuswolke (auch Ambosswolke) über dem fernen Jena im Abendlicht

Der Cumulonimbus oder Kumulonimbus, (lat. cumulus „Anhäufung“ und nimbus „Regenwolke“; Abkürzung: Cb, bei Wegener auch Cumulo-Nimbus oder cu-ni), deutsch: Gewitterwolke, ist eine Wolkengattung, die zu den vertikalen Wolken gezählt wird. Aus ihr fällt Niederschlag in Form von Regen, Hagel, Schnee und sie geht oft mit Gewittern einher. Man unterscheidet Cumulonimbus calvus, Cumulonimbus capillatus, Cumulonimbus incus, Cumulonimbus pileus und weitere Formen.

Erscheinungsbild

Cumulonimbus-Calvus-Wolke in Monterrey, Mexiko.
Teilansicht einer Cumulonimbus-Wolke, möglicherweise eine Arcus-Wolke.

Hoch aufragende Cumulonimbuswolken werden in der Regel von kleineren Kumuluswolken begleitet. Die Basis der Kumulonimbuswolken kann sich über mehrere Kilometer erstrecken oder auch nur einige zehn Meter groß sein und sich in niedrigen bis hohen Lagen der Troposphäre befinden - sie bilden sich in einer Höhe von etwa 200 bis 4.000 m (700 bis 10.000 ft). Die Gipfel reichen in der Regel bis zu 12.000 m, in Extremfällen sogar bis zu 21.000 m oder mehr. Gut entwickelte Cumulonimbuswolken zeichnen sich durch eine flache, ambossartige Spitze (Ambosskuppel) aus, die durch Windscherung oder Inversion in der Gleichgewichtsebene nahe der Tropopause entsteht. Der Amboss kann der vertikalen Komponente der Hauptwolke um viele Kilometer vorausgehen und von Blitzen begleitet sein. Gelegentlich überschreiten aufsteigende Luftpakete die Gleichgewichtshöhe (aufgrund des Impulses) und bilden einen überschießenden Gipfel, der in der maximalen Pakethöhe gipfelt. Wenn sie sich vertikal entwickelt, erstreckt sich diese größte aller Wolken gewöhnlich durch alle drei Wolkenregionen. Selbst die kleinste Cumulonimbus-Wolke überragt ihre Nachbarn im Vergleich.

Arten

  • Cumulonimbus calvus: Wolke mit geschwollener Spitze, ähnlich dem Cumulus congestus, aus dem sie sich entwickelt; unter den richtigen Bedingungen kann sie zu einem Cumulonimbus capillatus werden.
  • Cumulonimbus capillatus: Wolke mit zirrusartigem, faserigem Rand.

Arten

  • Cumulonimbus flammagenitus (Pyrocumulonimbus): schnell wachsende Wolke, die sich aus nicht-atmosphärischen Wärme- und Kondensationskernquellen wie Waldbränden und Vulkanausbrüchen bildet.
Pyrocumulonimbus mit Pileus

Ergänzende Merkmale

Zusatzwolken

  • Arcus (einschließlich Roll- und Schelfwolken): niedrige, horizontale Wolkenbildung, die mit der Vorderkante des Gewitterausflusses verbunden ist.
  • Pannus: begleitet von einer unteren Schicht von Wolken der Art fractus, die sich im Niederschlag bilden.
  • Pileus (nur Calvus-Arten): kleine kappenartige Wolke über einem Cumulonimbus.
  • Velum: eine dünne horizontale Schicht, die sich um die Mitte eines Cumulonimbus bildet.

Ergänzende Merkmale

  • Incus (nur bei der Art capillatus): Cumulonimbus mit flacher, ambossartiger, zirkelförmiger Spitze, die durch Windscherung entsteht, wenn die aufsteigenden Luftströme auf die Inversionsschicht an der Tropopause treffen.
  • Mamma oder Mammatus: bestehend aus blasenartigen Ausstülpungen an der Unterseite.
  • Tuba: von der Wolkenbasis herabhängende Säule, die sich zu einer Trichterwolke oder einem Tornado entwickeln kann. Sie sind dafür bekannt, dass sie sehr tief fallen können, manchmal nur 6 Meter über dem Boden.
  • Flankierende Linie: eine Linie aus kleinen Cumulonimbus- oder Cumuluswolken, die im Allgemeinen mit schweren Gewittern einhergeht.
  • Ein überschießender Gipfel ist eine Kuppel, die sich über das Gewitter erhebt; er wird mit Unwettern in Verbindung gebracht.

Niederschlagsbedingte zusätzliche Merkmale

  • Regen: Niederschlag, der den Boden in flüssiger Form erreicht, oft in einer Niederschlagswelle.
  • Virga: Niederschlag, der verdunstet, bevor er den Boden erreicht.

Auswirkungen

Cumulonimbus-Sturmzellen können sintflutartige Regenfälle konvektiver Natur (oft in Form einer Regenwelle) und Sturzfluten sowie geradlinige Winde erzeugen. Die meisten Gewitterzellen erlöschen nach etwa 20 Minuten, wenn der Niederschlag mehr Abwinde als Aufwinde verursacht und sich die Energie verflüchtigt. Bei ausreichender Instabilität und Feuchtigkeit in der Atmosphäre (z. B. an einem heißen Sommertag) können die abfließende Feuchtigkeit und die Böen einer Gewitterzelle jedoch dazu führen, dass sich nur wenige Kilometer von der ehemaligen Zelle entfernt ein paar Dutzend Minuten später oder in einigen Fällen Hunderte von Kilometern entfernt viele Stunden später neue Zellen bilden. Dieser Prozess führt dazu, dass die Bildung (und der Zerfall) von Gewittern mehrere Stunden oder sogar mehrere Tage lang andauern kann. Kumulonimbuswolken können auch als gefährliche Winterstürme auftreten, die als "Gewitterschnee" bezeichnet werden und mit besonders starken Schneefällen und Schneestürmen verbunden sind, wenn sie von starken Winden begleitet werden, die die Sicht weiter einschränken. Kumulonimbuswolken sind jedoch am häufigsten in tropischen Regionen anzutreffen und treten auch in feuchten Umgebungen während der warmen Jahreszeit in den mittleren Breitengraden häufig auf. Ein Staubsturm, der durch einen Cumulonimbus-Downburst verursacht wird, ist ein Haboob.

Gefahren für die Luftfahrt

Cumulonimbuswolken stellen eine erhebliche Gefahr für die Luftfahrt dar, vor allem wegen der starken Windströmungen, aber auch wegen der eingeschränkten Sicht und der Blitze sowie der Vereisung und des Hagels, wenn man innerhalb der Wolke fliegt. Innerhalb und in der Nähe von Gewittern kommt es zu erheblichen Turbulenzen bzw. zu Turbulenzen in der freien Luft (insbesondere in Windrichtung). Die Windscherung innerhalb und unter einer Cumulonimbuswolke ist oft stark, und in früheren Jahrzehnten, bevor Schulungen und technische Erkennungs- und Vorhersagemaßnahmen eingeführt wurden, waren Downbursts für viele Unfälle verantwortlich. Eine kleine Form des Downbursts, der Microburst, ist aufgrund des schnellen Einsetzens und der raschen Änderungen der Wind- und aerodynamischen Bedingungen über kurze Entfernungen am häufigsten in Unfälle verwickelt. Die meisten Downbursts sind mit sichtbaren Niederschlagswellen verbunden, trockene Microbursts sind jedoch in der Regel mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen. Mindestens ein tödlicher Verkehrsflugzeugunfall wurde mit dem Durchfliegen eines Tornados in Verbindung gebracht.

Lebenszyklus oder Stadien

Stadien im Leben einer Cumulonimbuswolke.
Umwandlung von einer reifen Cumulus congestus-Wolke in einen reifen Cumulonimbus incus

Im Allgemeinen benötigen Cumulonimbuswolken Feuchtigkeit, eine instabile Luftmasse und eine Auftriebskraft, um sich zu bilden. Cumulonimbus durchläuft in der Regel drei Stadien: das Entwicklungsstadium, das Reifestadium (in dem die Hauptwolke unter günstigen Bedingungen den Status einer Superzelle erreichen kann) und das Auflösungsstadium. Ein durchschnittliches Gewitter hat einen Durchmesser von 24 km (15 mi) und eine Höhe von etwa 12,2 km (40.000 ft). Je nach den in der Atmosphäre herrschenden Bedingungen dauern diese drei Stadien durchschnittlich 30 Minuten.

Wolkentypen

Wolken bilden sich, wenn die Taupunkttemperatur von Wasser in Gegenwart von Kondensationskernen in der Troposphäre erreicht wird. Die Atmosphäre ist ein dynamisches System, und die lokalen Bedingungen von Turbulenz, Auftrieb und anderen Parametern lassen viele Arten von Wolken entstehen. Verschiedene Wolkentypen treten häufig genug auf, um kategorisiert werden zu können. Darüber hinaus können einige atmosphärische Prozesse dazu führen, dass sich die Wolken in bestimmten Mustern organisieren, wie z. B. Wellenwolken oder aktinoforme Wolken. Dabei handelt es sich um großräumige Strukturen, die von einem einzelnen Standpunkt aus nicht immer leicht zu erkennen sind.

Gefahren für die Luftfahrt

Wegen der extremen Turbulenzen in ihrem Inneren sind Cumulonimbuswolken selbst großen Flugzeugen gefährlich und werden gemieden, also um- bzw. überflogen. Anhand der elektrischen Entladungen kann die Wolke auch bei schlechten Sichtverhältnissen einfach lokalisiert werden, denn der Radiokompass, der auf Frequenzen im Langwellenbereich eingestellt ist, zeigt stets zum Zentrum der Gewitteraktivität.

Es sind nur zwei Personen bekannt, die das ungeschützte Durchqueren einer Cumulonimbuswolke überlebten:

  • Kampfpilot William Rankin stieg am 26. Juli 1959 beim Überfliegen eines Gewitters mit dem Schleudersitz aus, fiel in die Gewitterwolke hinein und landete 40 Minuten später in einem Wald. Neben den Sturzverletzungen und Erfrierungen litt er auch an den Folgen schwerer Dekompression und verbrachte mehrere Wochen im Krankenhaus.
  • Gleitschirmfliegerin Ewa Wiśnierska wurde am 14. Februar 2007 auf einem Trainingsflug in Australien seitlich in eine Cumulonimbus-Wolke gezogen und darin von Aufwinden auf über 10.000 m Höhe gerissen. Nach dreieinhalb Stunden Flug landete sie 60 km nördlich des Startplatzes. Sie erlitt Erfrierungen an Gesicht, Ohren und Unterschenkeln.

Darüber hinaus liegen Berichte von Segel- und Motorsegelfliegern vor.

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